«Изменение климата — процесс, который подстегивает сам себя»

Метеорология нуждается в переосмыслении климатических моделей

Доктор биологических наук, профессор Томского государственного университета, директор Центра исследований биоты, климата и ландшафта BioClimLand Сергей Кирпотин рассказал «Вестнику атомпрома» об основных движущих силах климатических изменений, о влиянии происходящих процессов на перспективы развития Северного морского пути и о возможности прогнозирования погодных аномалий.

— Какие климатические процессы сейчас происходят в Арктике, насколько сильно на них влияет глобальное изменение климата?

— В Арктике наблюдаются значительные климатические колебания, более выраженные, чем в других регионах мира. Арктика, будучи регионом высоких широт, испытывает наиболее интенсивные изменения, особенно это касается российского сектора Арктики.

Изменение климата не всегда означает глобальное потепление. Феномен глобального потепления можно сравнить со «средней температурой по больнице», потому что процесс потепления идет очень неравномерно. Есть так называемые hot spots («горячие точки»), которые как раз находятся в зоне российской Арктики, где температура может изменяться на 6–8 °C. Это действительно критично, однако эти колебания температуры — еще не самое значимое изменение, с которым мы сталкиваемся. Наиболее опасной является климатическая нестабильность. Для Сибири и Арктики серьезной угрозой является изменение циркуляции основных атмосферных потоков.

Атлантическийперенос воздушных масс ослабевает: прежде теплые и влажные воздушные массы с Атлантики двигались в западном направлении, в Европу, а оттуда — в Сибирь. Эта система функционировала без сбоев: если циклон достигал Москвы, то, например, в Томске его ожидали через одну-две недели. Сегодня эта устойчивая стабильность нарушена. Например, метеорологи на территории России все чаще наблюдают «блокировки» — явления, когда воздушный поток не продвигается дальше, блокируется продолжительным антициклоном. Подобные явления блокирования воздушных потоков еще называют «волнами жары». Они сопровождаются аномально высокой температурой, лесными пожарами и ухудшением самочувствия людей. Например, такая крупная «блокировка» стала причиной страшных пожаров в Сибири в 2012 году.

Параллельно в Сибири и на арктических территориях усиливается меридиональный перенос, при котором арктические воздушные массы встречаются с теплыми массами юга Сибири и Монголии. Это столкновение порождает природные катастрофы в виде интенсивных ливней тропического характера и сильных наводнений.

— Эти экстремальные изменения связаны с деятельностью человека?

— Большая часть ученых, специализирующихся на климатологических исследованиях, едины во мнении, что ускорение глобального потепления действительно связано с деятельностью человека. Конечно, климат менялся всегда, когда-то он был более теплым, чем сегодня, было и наоборот. Однако никогда изменения не происходили с такой скоростью, как в наши дни. К таким переменам не успевают приспособиться ни экосистемы, ни сам человек.

Ранее основной движущей силой климатических изменений служила солнечная активность, оказывающая воздействие на все атмосферные процессы Земли. Но если бы солнечная активность продолжала оставаться главным фактором всех катаклизмов, то мы бы не наблюдали ситуации неравномерного нагрева атмосферных слоев. Они бы нагревались последовательно. Ситуация, когда нижние слои атмосферы перегреты, а верхние — нет, говорит о воздействии человеческой деятельности, а не солнечной активности.

Ученые, благодаря изотопному анализу углерода, научились определять причину парникового эффекта. Если углерод образуется при сжигании топлива, то этот состав не спутать с природным углеродным составом. Выявлено, что более 60% углерода поступает при сжигании ископаемых углеводородов. А за последние десятилетия в атмосферу были выброшены невероятные количества углерода.

Усиление парникового эффекта катализирует климатические изменения и способствует таянию арктических льдов. Чем стремительнее тают арктические льды, отражающие солнечные лучи, тем быстрее дотаивают их остатки. Это является самоускоряющимся процессом, который подстегивает сам себя.

Человеческая деятельность стала спусковым крючком, который активизировал природные саморазвивающиеся процессы, это их подтолкнуло и сделало необратимыми. Даже полная остановка всей индустриальной деятельности, связанной с выбросами парниковых газов, не вернет нам прежнюю экосистему. Важно замедлить эти процессы, чтобы избежать катастрофы в ближайшие 10 лет.

— Существуют ли климатические модели для Арктики на горизонтах 10–50–100 лет?

— Климатические модели разнообразны и различаются в зависимости от круга экспертов, потому что процесс создания таких прогнозов крайне сложный. Для того чтобы было возможно разрабатывать климатические модели будущего, необходимо особенно внимательно изучать именно экстремальные погодные явления.

Формулирование точной модели осложнено новыми климатическими явлениями, например «блокировками», о которых я говорил ранее. Влияние климатической нестабильности пока трудно оценить. Климат — пример исключительно сложной системы. Нобелевский лауреат по химии, бельгийский физик российского происхождения И. Р. Пригожин исследовал сложные химические системы и создал теорию изменения сложных систем. Переход таких сложных систем в новое состояние сопровождается дифференциацией путей развития и разветвлением сценариев. Говоря простым языком, может или резко похолодать, или потеплеть.

Даже Межправительственная группа экспертов по изменению климата (Intergovernmental Panel on Climate Change) не учитывала новейшие изменения воздушных потоков в своих последних исследованиях. Для понимания изменений в Арктике необходимо рассматривать их в контексте изменений в других регионах, потому что все тесно связано между собой. Например, крупные сибирские реки, берущие начало в горах юга Сибири, приносят разнообразные микро- и макроэлементы, а также растворенный углерод в Северный Ледовитый океан, уже этим сильно влияя на его экосистему.

Научная группа, в которой мы работаем, разработала мегатрансектный подход, объединив различные типы наблюдений. Суть подхода заключается в том, что мы проводим наблюдения не только в Арктике, но и в разных точках Сибири, потому что экосистемы тесно взаимосвязаны. Задействуя методы пробоотбора, фиксации метеорологических явлений, мы изучаем процессы изменения климата с целью объяснить то, что происходит в Арктике сегодня.

Метеорология как наука сталкивается с необходимостью применения новых подходов и переосмысления климатических моделей: нужна фиксация не только средних величин, но и экстремальных явлений. Изменения климатических процессов делают средние величины (температур, осадков) не совсем объективными показателями, а текущие методы исследований и верификации данных не позволяют быстро отслеживать динамику не на уровне средних величин, а с учетом катаклизмов, катастрофических явлений. Поэтому для формирования любых климатических моделей важно учитывать факт увеличения экстремальных погодных явлений, включая те, что происходят в Арктике.

— Если говорить о сегодняшней ситуации в Арктике, совпадает ли она с теми прогнозами, которые делались ранее?

— Некоторые природные явления еще 20–30 лет назад действительно сложно было предугадать. Невозможно было представить, какими темпами будут развиваться процессы потепления климата на арктических территориях и в Сибири.

Например, сложно было предсказать, что таяние вечной мерзлоты станет настолько быстропроисходящим процессом. Если этот процесс будет прогрессировать, то встает вопрос о переносе целых городов. Уже сейчас приходится тратить большие финансовые ресурсы на стабилизацию вечной мерзлоты и сохранение инфраструктуры в этих условиях. Таяние мерзлоты опасно не только для инфраструктуры, но еще и для человеческой жизни: оттаивают законсервированные там жизнеспособные микроорганизмы, которые могут быть опасны и даже смертельны для человека.

— Как происходящие процессы влияют на перспективы освоения Севморпути?

— Процессы потепления климата в Арктике, как я уже отметил, сложно предсказать, здесь может быть несколько точек бифуркации. Но весьма вероятно, что некоторое смягчение климата в арктических акваториях приведет и к положительным моментам, то есть будет идти на пользу развитию судоходства и СМП. Наличие Северного морского пути, безусловно, является большим экономическим преимуществом для нашей страны.

Однако необходимо просчитывать и возможные негативные последствия развития судоходства в Арктике для экосистемы. В момент, когда открывается водная поверхность, сильные волны и ветер могут разрушать мерзлые берега — это называется береговой абразией. Льды могут начать таять еще быстрее, нужно понимать, не приведет ли это к утрате огромных территорий арктических побережий.

— Какие меры могут быть предприняты для адаптации и уменьшения негативных последствий климатических изменений в Арктике?

— 60% территории России находится в зоне вечной мерзлоты, поэтому проблема поддержания инфраструктуры в условиях ее оттаивания остается актуальной. Необходим сложный комплекс мер по содержанию объектов в арктической зоне, кроме того, требуются новые приспособления для поддержания инфраструктуры. Например, раньше дома и ЛЭП размещались на специальных вертикальных сваях, однако из-за нестабильности вечной мерзлоты они оказываются неэффективными. Сейчас из-за того, что мерзлота периодически тает и замерзает, начинается выдавливание этих свай. Теперь вместо свай сооружения ставят на специальные горизонтальные опоры. То есть мы годами учились строить на вечной мерзлоте, а теперь нам необходимо переучиваться и учиться строить здания и другие объекты инфраструктуры — дороги, трубопроводы — уже на деградирующей мерзлоте, затрачивая колоссальные ресурсы. 

— В последние годы возникает ощущение, что на фоне пандемии и глобальных геополитических трансформаций Арктический регион из новостной повестки сместился на дальний план. Отразилось ли это на научных изысканиях и исследованиях?

— За последние годы важность Арктики как объекта исследований только возросла. Для понимания происходящих в Арктике процессов недостаточно ограничиваться ее территорией, поскольку Арктика взаимосвязана с другими регионами планеты и является частью сложной климатической системы. Именно поэтому важно проводить комплексные исследования климатических изменений в этом регионе, чем активно занимается наша исследовательская группа.

Арктика привлекает внимание исследователей не только в России, но и в странах БРИКС. В научных кругах даже существует понятие «третий полюс», под которым подразумеваются высокогорные регионы, такие как Гималаи и Тибетское нагорье (туда включают и наш Алтай), обладающие схожими с Арктикой климатическими условиями: мерзлотой и льдами. Там происходят многие аналогичные процессы, которые в настоящее время активно изучаются, что открывает большие перспективы для научных исследований в этой области. Потенциал огромный, а тема действительно важная.